稀土超磁致伸縮材料介紹及應(yīng)用

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1、稀土超磁致伸縮材料在居里點(diǎn)溫度以下時(shí)，鐵磁材料和亞鐵磁材料由于磁化狀態(tài)的改變，其長度和體積會(huì)發(fā)生微小的變化，這種現(xiàn)象稱之為磁致伸縮效應(yīng)，長度的變化是1842年由焦耳發(fā)現(xiàn)致伸縮材料是近期發(fā)展起來的一種新型稀土功能材料。它具有電磁能與機(jī)械能或聲能相互轉(zhuǎn)換功能。“稀土超磁致伸縮材料”是當(dāng)今世界最新型的磁致縮功能材料,是一種高效的Tb-Dy-Fe合金。它在低磁場驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生的應(yīng)變值高達(dá)1500—2000ppm，是傳統(tǒng)的磁致伸縮材料如壓電陶瓷的5—8倍、鎳基材料的40—50倍，因此被稱之為“超磁致伸縮材料”?！跋⊥脸胖律炜s材料”產(chǎn)生的應(yīng)力大、能量密度高，可瞬間響應(yīng)

2、，并且具有可靠性高、居里溫度高等優(yōu)點(diǎn)，而且還是一種環(huán)保型材料；其所具有的卓越的電磁能與機(jī)械能或聲能轉(zhuǎn)換性能，是傳統(tǒng)的磁致伸縮材料所無法比擬的?！跋⊥脸胖律炜s材料”可廣泛應(yīng)用于眾多行業(yè)的科學(xué)研究與生產(chǎn)制造領(lǐng)域，從軍工、航空、海洋船舶、石油地質(zhì)，到汽車、電子、光學(xué)儀器、機(jī)械制造，再到辦公設(shè)備、家用電器、醫(yī)療器械與食品工業(yè)，無處沒有它大顯身手的機(jī)會(huì)。在國防、航空航天和高技術(shù)領(lǐng)域：如聲納與水聲對(duì)抗換能器、線性馬達(dá)、微位移驅(qū)動(dòng)（如飛機(jī)機(jī)翼和機(jī)器人的自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)）、噪聲與振動(dòng)控制系統(tǒng)、海洋勘探與水下通訊、超聲技術(shù)（醫(yī)療、化工、制藥、焊接等）、燃油噴射系統(tǒng)等領(lǐng)域，有

3、廣闊的應(yīng)用前景?！跋⊥脸胖律炜s材料”對(duì)生產(chǎn)技術(shù)與生產(chǎn)工藝的要求極高，目前只有少數(shù)幾個(gè)國家的個(gè)別企業(yè)能夠生產(chǎn)。由三個(gè)組元組成（Tbl－xDyx）Fey（X＝0．27~0．40，Y＝1．90~2．0）在較低磁場下具有很高磁致伸縮應(yīng)變?chǔ)说暮辖?，如Tbo0．3Dy0．7Fe1．95首先于20世紀(jì)70年代初由美國海軍表面武器實(shí)驗(yàn)室的A．C．Clark博士等人發(fā)明，當(dāng)即他們申請(qǐng)了美國專利。美國海軍表面武器實(shí)驗(yàn)室于1987年將該專利技術(shù)轉(zhuǎn)讓給美國阿依華州Ames市的前沿技術(shù)公司創(chuàng)建了專門生產(chǎn)稀土超磁致伸縮材料的E　tremaINC分公司。隨后美國的Gibson和Ve

4、rhoeven等人對(duì)Tbo0．3Dy0．7Fe1．95合金晶體取向棒材（包括管材，片材等）的制造設(shè)備、技術(shù)與工藝做了大量的研究，發(fā)明了一種連續(xù)生產(chǎn)取向（Tb－Dy－Fe）磁致伸縮材料的方法，并申請(qǐng)了專利。北京科技大學(xué)經(jīng)系統(tǒng)的研究優(yōu)化了成分，采用與美國專利完全不同的成分、設(shè)備和技術(shù)來制造＜110＞軸向取向的Tb－Dy（R’）－Fe（M）超磁致伸縮材料。共申請(qǐng)了兩項(xiàng)發(fā)明專利，其中第一項(xiàng)專利名稱為稀土超磁致伸縮材料，專利號(hào)為：ZL93106941．6，1993年6月生效，有效期20年；第二項(xiàng)發(fā)明專利名稱為：稀土超磁致伸縮材料及制造工藝，專利號(hào)為：ZL98101

5、191．8，2001年5月2日生效，有限期20年。美國Gibson和Verhoeven等人的專利和北京科技大學(xué)周壽增等人的專利是目前世界上對(duì)稀土超磁致伸縮材料具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利。稀土超磁致伸縮材料由三個(gè)組元組成（Tbl－xDyx）Fey（X＝0．27~0．40，Y＝1．90~2．0）在較低磁場下具有很高磁致伸縮應(yīng)變?chǔ)说暮辖穑鏣bo0．3Dy0．7Fe1．95首先于20世紀(jì)70年代初由美國海軍表面武器實(shí)驗(yàn)室的A．C．Clark博士等人發(fā)明。隨后美國的Gibson和Verhoeven等人對(duì)Tbo0．3Dy0．7Fe1．95合金晶體取向棒材（包括管材，片

6、材等）的制造設(shè)備，技術(shù)與工藝做了大量的研究，發(fā)明了一種連續(xù)生產(chǎn)取向（Tb－Dy－Fe）磁致伸縮材料的方法。該材料在軍、民兩用高技術(shù)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，專家預(yù)計(jì)到2010年的銷售額可以達(dá)到18億美元。1．磁致伸縮現(xiàn)象（或效應(yīng)）：鐵磁性物質(zhì)在外磁場作用下，其尺寸伸長（或縮短），去掉外磁場后，其又恢復(fù)原來的長度。磁致伸縮效應(yīng)可用磁致伸縮系數(shù)（或應(yīng)變）λ來描述，λ＝（lH—lo）／lo，1o為原來的長度，1H為物質(zhì)在外磁場作用下伸長（或縮短）后的長度。2．磁致伸縮材料主要有三大類：即①是磁致伸縮的金屬與合金，如鎳和金煤（Ni）基合金（Ni，Ni－Co合金，Ni

7、－Co－Cr合金）和鐵基合金（如Fe—Ni合金，F(xiàn)e－Al合金，F(xiàn)e－Co－V合金等）；②是鐵氧體磁致伸縮材料，如Ni－Co和Ni－Co－Cu鐵氧體材料等。前兩種稱為傳統(tǒng)磁致伸縮材料，其λ值（在20—80ppm之間）過小，它們沒有得到推廣應(yīng)用，后來人們發(fā)現(xiàn)了電致伸縮材料，如（Pb，Zr，Ti）C03材料，（簡稱為PZT或稱壓電陶瓷材料），其電致伸縮系數(shù)比金屬與合金的大約200~400ppm，它很快得到廣泛應(yīng)用；③近期發(fā)展了稀土金屬間化合物磁致伸縮材料，稱為稀土超磁致伸縮材料。3．稀土超磁致伸縮材料：以（Tb，Dy）Fe2化合物為基體的合金Tb0．3Dy0

8、．7Fe1．95材料（Tb－Dy－Fe材料）的λ達(dá)到1500~2000ppm，比